TIM Indrumar Proiectare TCM Prof Univ Opran C 1oct11

TEHNOLOGII DE INJECIE N MATRI

NDRUMAR PROIECTARE

ndrumar proiectare Tehnologii de injecie n matri

2011; UPB-TCM Prof.univ.OPRAN Constantin 1/33

Universitatea POLITEHNICA Bucureti Facultatea Ingineria i Managementul Sistemelor

Tehnologice

CatedraTehnologia Construcilor de Maini

TEHNOLOGII DE INJECIE N MATRI

ndrumar proiectare

2011



TEMA PROIECTULUI

S se proiecteze matria de injectat pentru produse din materiale polimerice inginereti sau materiale compozite cu matrice polimeric ranforsate cu particule/fibre scurte tiate, pentru:

a) denumirea piesei: ...............................

b) desen de execuie: .............................. c) volum de producie: .............................buc/zi d) regim de lucru: .................................schimburi/zi.

Proiectul va fi compus din dou pri: A) Memoriu tehnico-economic;

B) Partea grafic.

A. MEMORIU TEHNICO-ECONOMIC 1. Elemente constructiv funcionale ale piesei 1.1. Schia piesei

1.2. Caracteristici ale materialului piesei

1.3. Condiii tehnice 1.4. Rolul funcional al piesei 1.5. Analiza tehnologicitii piesei

2. Analiza tehnologica a tipologiilor matrielor de injecie pentru produse din materiale polimerice 3. Alegerea tipului de matri de injecie pentru produse din materiale polimerice 4. Alegerea tipului de main de injecie materiale polimerice 5. Proiectarea sistemului de injectare

5.1. Modul de injectare cu dimensionarea reelelor de injectare 5.2. Calculul numrului de cuiburi 5.3. Dimensionarea cuiburilor funcie de contracia materialului utilizat

5.4. Calculul deformrilor prin contracie ale piesei matriate prin injecie 5.5. Calculul de referin al plcilor de formare a matriei de injecie 5.6. Verificarea suprafeelor de nchidere ale plcilor de formare 5.7. Verificarea plcilor de formare la rigiditate

6. Proiectarea sistemului de aruncare a produsului injectat

7. Proiectarea sistemului de control al temperaturii pentru elementele componente ale matriei de injecie pentru produse din materiale polimerice 8. Proiectarea elementelor pentru conducerea i centrarea matriei de injecie pentru produse din materiale polimerice

9. Proiectarea sistemului de ventilaie-aerisire a matriei de injecie pentru produse din materiale polimerice

10 Alegerea materialelor corespunztoare pentru piesele componente ale matriei de injecie pentru produse din materiale polimerice

11. Stabilirea toleranelor i ajustajelor pentru piesele componente ale matriei de injecie pentru produse din materiale polimerice

12. Analiza economic a matriei de injecie proiectate i calculul seriei de fabricaie economice

B) PARTEA GRAFIC 1. Desenul de execuie a produsului polimeric. 2. Desenul de ansamblu al matriei de injecie pentru produse din materiale polimerice. 3. Desenul de execuie al unui reper component al matriei de injecie pentru produse din

materiale polimerice



I. INTRODUCERE

ndrumarul Tehnologii de injecie n matri ndrumar de proiectare servete pentru aplicaii industriale cit i studenilor Facultii Ingineria i Managementul Sistemelor Tehnologice din Universitatea POLITEHNICA din Bucureti pentru elaborarea proiectului la disciplina Tehnologii de Injecie n Matri.

ndrumarul cuprinde informaiile necesare rezolvrii temei de proiectare, n succesiunea logic a elaborrii proiectului.

Pentru rezolvare temei de proiectare, se face o ealonare n timp a activitilor, rezolvarea fiecrei activiti fiind evaluat i apreciat n funcie de gradul de rezolvare, corectitudinea soluiilor propuse i de respectarea termenelor impuse.

Planificarea activitilor de proiectare

edina 1 2 3

Activiti A1,2,3,4 /B1 B2 A5;6,7/B2 A8,9,1011,12 /B2,3

II. MEMORIU TEHNICO-ECONOMIC

1. Elemente constructiv funcionale ale piesei

1.1. Schia piesei Se execut schia piesei i se numeroteaz suprafeele cu SK (K= 1,2,...).

1.2. Caracteristici ale materialului piesei Se evideniaz caracteristicile fizico-mecanice, chimice ale materialului termoplastic sau termorigid i dup caz a elementelor de ranforsare utilizate pentru obinerea prin injecie n matri a piesei respective.

Pentru alegerea corect a materialelor polimerice pentru realizarea unei piese injectate n matri trebuie s se in seama de factori tehnico-funcionali ai produsului i de factori tehnologici la realizare produs.

1. Factori tehnico-funcionali: durata de via a produsului injectat; configuraia piesei; calitile optice i de transparen; solicitri termice n exploatare; solicitri mecanice; solicitri de natur electric; solicitri de natur chimic; prelucrrile ulterioare la care sunt supuse piesele; costul materialului.



2. Factori tehnologici:

uniformitatea granulelor; coninutul de ap redus n granule stabilitate termic i chimic contracii mici la piesele injectate.

Caracteristicile fizico-mecanice i chimice ale materialelor polimerice sunt prezentate n anexa 2

1.3. Condiii tehnice Condiiile tehnice prescrise suprafeelor SK se prezint tabelar conform modelului de mai jos:

Sk Forma Dimensiuni Rugozitate

Ra

Tolerane de form

Poziie reciproc

Obs.

Si - - - - - -

1.4. Rolul funcional al piesei Atunci cnd nu se cunoate ansamblul din care face parte piesa se stabilete rolul funcional posibil al piesei folosind metoda de analiz morfofuncional a suprafeelor, parcurgnd urmtoarele etape [A1]:

1. descompunerea piesei n suprafee simple; 2. numerotarea suprafeelor n sens trigonometric; 3. analizarea suprafeelor din punct de vedere al formei geometrice, preciziei

dimensionale, de form, de poziie, rugozitii etc.; 4. ntocmirea unui graf suprafee caracteristici; 5. stabilirea rolului funcional al suprafeelor.

Din punct de vedere al rolului funcional, suprafeele pot fi clasificate astfel: suprafee tehnologice - ajut la poziionarea piesei n vederea prelucrrii; suprafee funcionale caracterizate prin precizie dimensional ridicat,

rugozitate mic, prescripii referitoare la forma geometric a suprafeei etc.; suprafee de asamblare caracterizate prin o anumit configuraie

geometric, precizie dimensional ridicat, rugozitate mic, prescripii referitoare la poziia suprafeei n raport cu alte suprafee etc.;

suprafee de legtur fac legtura ntre suprafeele funcionale i cele de asamblare. Se caracterizeaz prin: precizie dimensional sczut, rugozitate mare, fr prescripii referitoare la precizia de form i de poziie.

1.5. Analiza tehnologicitii piesei Se analizeaz i se precizeaz urmtoarele: concordana dintre caracteristicile constructive ale piesei i cele impuse de rolul funcional, posibilitatea realizrii piesei prin matriare de injecie, etc. Elementele constructive sau condiiile tehnice de execuie care contravin asupra tehnologicitii piesei, vor fi menionate i se vor face



propuneri de mbuntire a tehnologicitii piesei prin modificarea soluiilor constructive.

Forma i dimensiunile pieselor injectate se concep n corelaie cu natura materialului, caracteristicile matriei i tipul mainii de injectat. Se recomand ca:

- piesa injectat s aib o configuraie ct mai simpl; - dimensiunile i masa piesei s fie meninute la minim; - configuraia piesei s permit extragerea acesteia din matri; - s se evite muchiile ascuite.

Pentru realizarea acestor condiii, se vor analiza urmtorii factori: a) Planul de separaie este planul de delimitare a pachetului mobil de cel fix. Un plan de separaie n trepte este mai dificil de realizat dect unul neted. Exist i matrie cu mai multe plane de separaie, paralele sau perpendiculare, dar arhitectura acestor

matrie este complicat. Planul de separaie se regsete pe pies,

poziia sa relativ la pies fiind impus de condiia extragerii uoare a piesei din matri. n planul de separaie apar bavuri i este necesar ca, prin localizarea judicioas a planului de separaie, s se minimizeze influena bavurilor asupra funcionalitii i aspectului piesei.

Fig. 1

n figura 1, poziia planului de separaie este impus de prezena suprafeei cilindrice de diametru maxim.

b) Punctul de injectare determin, de asemenea, apariia pe pies a unei bavuri, ngust de aceast dat. De aceea, punctul de injectare nu se plaseaz pe suprafeele funcionale i nici pe cele care vin n contact vizual sau tactil cu utilizatorul. De obicei, punctul de injecie se plaseaz pe axa de simetrie a piesei, n partea cu o cantitate de material mai mare.

Punctul de injectare trebuie poziionat astfel nct s permit umplerea complet a cuibului i fr a se nate turbulene n masa vscoas. Punctul de injectare nu trebuie s determine curgerea materialului direct spre poansoanele subiri, astfel riscnd deformarea lor. De asemenea, punctul de injecie trebuie astfel ales nct s nu determine schimbri brute de direcie ale materialului semilichid n cuibul de injecie. Aceast cerin trebuie respectat mai ales n cazul materialelor termorigide, care astfel ar ajunge s polimerizeze prematur. Punctul de injectare i zona diametral opus pe pies (zona de sudur a materialului parial rcit - fig. 2 a) sunt caracterizate de proprieti mecanice diminuate. Acest neajuns se nltur prin utilizarea mai multor puncte de injectare pentru aceeai pies (fig. 2 b). Soluia cea mai eficient este ca injecia s se efectueze prin zona central a pieselor (fig. 2 c).



a b c

Fig. 2

c) Grosimea pereilor este determinat de condiiile de rezisten impuse piesei n exploatare i de necesitile reologice impuse de tehnologie. Grosimea pereilor trebuie s fie constant, mai ales n cazul materialelor plastice cu tendin mare de cristalizare. Se vor evita ngrorile nejustificate ale pereilor, deoarece, n aceste zone, cantitatea de material este mai

mare i, la rcire, vor aprea retasuri i goluri, cu influene negative asupra calitii piesei injectate.

Se recomand urmtoarele domenii ale grosimii pereilor: g = 0,5 - 5 mm (pentru materiale

nearmate);

g = 0,75 - 3 mm (pentru materiale armate). n figura 3 este prezentat o pies

proiectat greit i dedesubt aceeai pies conceput corect. d) Razele de racordare r trebuie s fie r > 0,6g, unde g este grosimea peretelui

racordat (fig. 3). Pentru condiii generale de exploatare, razele minime de racordare sunt

n intervalul (1 - 1,5) mm. Absena razelor de racordare (fig. 4) conduce la producerea

de turbulene la injectare, cu scderea semnificativ a rezistenei n zona de trecere.

g

Fig. 3

r

Fig. 4

Fig. 5

e) Bordul superior al pieselor de mari dimensiuni are o construcie special pentru a preveni deformarea pereilor n urma contraciilor puternice la rcire. n figura 5 sunt prezentate cteva forme recomandate ale bordului superior.

O alt soluie pentru evitarea deformrii pereilor este nervurarea acestora.



f) Baza pieselor injectate este supus puternic deformrii datorit contraciei la rcire. Pentru a reduce acest efect, baza primete o form lenticular sau o construcie cu treapt (fig. 6). g) Gurile din pereii piesei ridic probleme deosebite prin faptul c poansoanele care le materializeaz stnjenesc curgerea materialului semilichid n matri, iar n zona din spatele poansoanelor apar linii de sudur caracterizate de scderea rezistenei. n cazul gurilor lungi, poansoanele care le materializeaz sunt supuse deformrii i, de aceea, nlimea lor trebuie limitat. Se recomand (fig. 7): pentru gurile strpunse hs (8 12)ds; pentru gurile nfundate

hi (5 6)di. n cazul materialelor plastice, i mai ales termorigide, gurile filetate nu trebuie s aib pasul sub 1 mm. h) nclinarea pereilor piesei se recomand pentru extragerea de pe poansoane, pe care piesele se strng n urma contraciei la rcire. Unghiurile de

nclinare variaz ntre 30 i 3 (fig. 8). i) Nervurile au rolul de a rigidiza piesa

injectat, att pentru mrirea rezistenei mecanice n funcionare, dar i pentru a preveni deformarea piesei datorit contraciei post-injecie. Dimensiunile recomandate pentru seciunea unei nervuri sunt indicate n figura 8. Trebuie evitate acumulrile de material de la intersecia nervurilor. Exist dou soluii propuse, respectiv prevederea de guri la intersecii sau decalarea nervurilor (fig. 9).

j) Inseriile din materiale metalice sunt prevzute pentru ca anumite zone ale piesei injectate s prezinte proprieti mecanice, electrice etc. diferite de ale

materialului de baz.

Fig. 6

h

d d

h

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

30-130

g (0,5-0,8) g

(2-6) g

D

(0,3-0,5) D

d 2/5 d

2/5 d



Construcia i plasarea inseriei n pies trebuie s previn desprinderea acesteia din pies i, de asemenea, s previn umplerea acesteia cu material plastic n caz c inseria prezint caviti. Pentru ca inseria s fie nglobat eficient n materialul plastic, se recomand respectarea dimensiunilor din figura 10 i randalinarea suprafeelor exterioare ale piesei metalice. k) Suprafeele lucioase nu se obin la injecia prin compresie sau transfer, deoarece suprafeele lucioase ale matriei nu permit distribuia uniform a aerului rmas n cuib i apar defecte de suprafa.

2. Analiza tehnologica a tipologiilor matrielor de injecie materiale polimerice

Funcie de tipodimensiunea piesei, volumul de producie, tipul de material polimeric, se analizeaz tehnologic matriele de injecie.

n funcie de tipodimensiunea piesei, caracteristicile materialului de injectat, de tipul mainii de injectat etc. exist o mare varietate constructiv de matrie. O deosebit importan o prezint condiiile impuse pentru matriele de injectat utilizate pentru obinerea produselor din materiale polimerice, n condiii tehnico-economice optime, dintre care cele mai importante sunt urmtoarele:

- s permit obinerea de produse injectate pentru care pierderile de material sa fie minime, cu respectarea condiiilor tehnice impuse, astfel nct, s nu produsul sa nu mai fie supus unor prelucrri suplimentare;

- s corespund mainii de injectat pentru care a fost proiectat; - s permit realizarea unui numr ct mai mare de piesei fr reparaii sau

nlocuiri ale elementelor active; - la realizarea matriei s se utilizeze ct mai multe componente tipizate

interschimbabile;

- s aib un pre ct mai sczut.

2.1. Tehnologia de injecie n matri

2.1.1. Elementele de baz privind caracterizarea tehnologiei de injecie n matri a materialelor polimerice

Formarea prin injecie n matri a produselor din materiale plastice inginereti, reprezint procedeul de prelucrare prin care un material macromolecular, adus in stare vscoelastic sub aciunea cldurii, este injectat sub presiune ridicat n cavitatea unei matrie (cuibul matriei), unde are loc rcirea i solidificarea lui. Odat cu ncercarea forei de presare, materialul rcit pstreaz forma cavitii interioare a matriei n care a fost injectat i din care, dup un anumit timp, produsul final este ndeprtat.

n condiii industriale, procesul se repet n cadrul unui ciclu de injectare, care ncepe n poziia nchis a matriei i care conine urmtoarele faze mai importante: 1. alimentarea cu material (granule sau pulbere)

2. comprimarea (compactizarea) materialului



3. termoplastifierea materialului

4. injectarea materialului n stare topit 5. rcirea piesei injectate 6. deschiderea matriei i evacuarea piesei injectate 7. nchiderea matriei si nceperea unui nou ciclu

n timpul procesului se dezvolt o serie de fore care exercit presiuni importante asupra materialului. Dintre acestea, cinci sunt hotrtoare determinnd nivelul calitii produsului finit: presiunea exterioar, presiunea interioar, presiunea ulterioar, presiunea de sigilare, presiunea interioar remanent.

Ciclul de injectare al materialului sub forma unei topituri vscoase i relativ omogene cuprinde urmtoarele faze: 1. nceperea injectrii prin naintarea pistonului i compactizarea materialului, cavitatea matriei fiind nc neumplut 2. creterea presiunii i umplerea cavitii matriei 3. creterea n continuare a presiunii pn la atingerea valorii maxime a acesteia 4. exercitarea presiunii ulterioare care face ca materialul plastifiat din cavitatea

matriei s ramn sub presiune continu n timpul procesului de solidificare 5. nceperea solidificrii materialului i scderea presiunii o dat cu sigilarea canalelor de umplere a matriei 6. rcirea piesei injectate 7. deschiderea matriei i eliminarea din matri a piesei injectate

Factorii semnificativi care permit utilizarea capacitii unui material plastic ingineresc de a fi folosit pentru diverse aplicaii sunt: - rezistena la traciune - alungirea la rupere prin traciune - modulul de elasticitate

- rezistena la oc - duritatea.

Aceti factori sunt determinai nu numai de natura polimerului respectiv ci i de aciunea chimic a unor substane, radiaii, aditivi, etc.

2.1.2. Tehnologia produselor din materiale polimerice injectate n matri

n timpul procesului de injecie se dezvolt o serie de fore care exercit presiuni importante asupra materialului. Dintre acestea, cinci sunt hotrtoare, determinnd nivelul calitii produsului finit: 1) presiunea exterioar, reprezentnd presiunea exercitat asupra materialului termoplastifiat n cilindrul de injectare al mainii; 2) presiunea interioar, respectiv presiunea din cavitatea matriei nchise (presiunea interioar este mai mic dect cea exterioar datorit pierderilor de presiune care apar la trecerea materialului prin seciuni nguste cum sunt: duza, reeaua de injecie, pereii interiori din cuibul matriei, etc.); valori medii experimentale: ABS-polistiren-Copolimer-acrilonitril-butadien-stiren-250-350 barr, PC-policarbonat-

300-500 barr, PA-poliamide-250-700 barr, poliester-PBT-polibutilentereftalat-250-



700 barr; valorile maxime sunt la materiale termoplastice semi-cristaline cu

caracteristici bune de curgere i pentru prevenirea bavurilor. 3) presiunea ulterioar, respectiv presiunea exercitat de pistonul de injectare asupra materialului injectat n cavitatea matriei (aceast presiune compenseaz contracia rezultat n urma rcirii materialului); 4) presiunea de sigilare definit prin presiunea exercitat asupra materialului din cavitatea matriei n momentul solidificrii materialului piesei din starea vscoelastic n stare solid (acestei presiuni i corespunde punctul de sigilare); 5) presiune interioar remanent, respectiv presiunea care acioneaz asupra piesei injectate n momentul nceperii deschiderii matriei (dup sigilare, materialul se contract datorit rcirii i presiunea scade fr a atinge ns valoarea zero).

Conform etapelor componente ciclului de injectare, la nceput presiunea interioar crete brusc, apoi dup ncetarea presiunii ulterioare, respectiv dup sigilare, scade treptat la valoarea presiunii remanente. Diferena de presiune ntre presiunea exterioar de injectare i presiunea interioar din cavitatea matriei depinde de proprietile materialului plastic, de temperatura de injectare, de parametrii reelei de injectare (dimensiunile duzei de injectare, canalelor de injectare i a cavitii piesei de injectat). Astfel, la temperaturi ridicate, vscozitatea topiturii este mai mic, cderea de presiune va fi mai mic, presiunea interioar crete, scznd presiunea de injectare necesar asigurrii aceleai presiuni interioare. Presiunea interioar d natere la o for care tinde s deschid matria n timpul injectrii. Ca urmare, fora de nchidere a mainii de injectat trebuie s fie mai mare dect fora interioar, definit prin produsul dintre presiunea interioar i suprafaa cavitii matriei n planul de separaie. Cu ct vscozitatea topiturii este mai mic, cu att diferena dintre fora de nchidere i fora interioar trebuie s fie mai mare.

n cazul injectrii cu duza punctiform, seciunea mic prin care materialul plastic ptrunde n cavitatea matriei, provoac o supranclzire a acestuia cu scderea presiunii interioare. Ca urmare, matria se sigileaz mai repede dect n cazul sistemelor de injectare cu duz normal. Presiunea interioar mai mic nu poate compensa contracia piesei provocat de rcirea acesteia avnd n vedere nclzirea la o temperatur mai mare a materialului datorit trecerii prin seciunea redus a duzei punctiforme. Ca urmare, contracia piesei este mare, lucru de care trebuie s se in seama la proiectarea matriei pentru a nu se obine deformri nedorite ale produsului.

Datorit contraciei n timpul rcirii, pe suprafaa piesei pot aprea retasuri. Pentru compensarea acestora, prin aciunea presiunii ulterioare matria se mai alimenteaz cu material plastifiat. Pn la terminarea sigilrii matriei, pe durata presiunii ulterioare, presiunea exterioar de injectare trebuie s aib valoarea maxim. La injectarea pieselor cu perei groi, datorit fenomenului de apariie a retasurilor, trebuie s se aplice o temperatur de injectare mai mic i o presiune de injectare mai mare, concomitent cu mrirea duratei presiunii ulterioare. La injectarea pieselor cu perei subiri, trebuie s se micoreze att presiunea de injectare, ct i durata presiunii ulterioare, deoarece n acest caz piesa se rcete mai repede, de regul mai nainte ca presiunea interioar s scad la valoarea ei minim. La deschiderea matriei, din aceast cauz apar tensiuni interne n piesele injectate, care pot provoca



fisurarea pieselor (n cazul materialelor termoplastice amorfe mai rigide precum PAS-polistirenul rezistent la oc) sau deformarea lor (n cazul materialelor termoplastice semi-cristaline mai flexibile precum PE-polietilena

2.2. Trepte de proces

ntregul proces de injectare poate fi cuprins n urmtoarele trepte de proces [S2]: 1. plastifierea - cuprinde, pentru masa injectat necesar unui reper, ntregul

timp de reinere n maina de injectare, care are o durata de mai multe cicluri de injectare n cadrul cruia au loc mai multe rotaii i staionari ale melcului.

Pentru plastifiere se definesc urmtoarele limite: - nceput: intrarea materialului plastic din plnia de alimentare n canalul melcului; - sfrit: injectarea materialului plastic topit din spaiu de acumulare o dat cu nceputul micrii de avansare a melcului-piston la umplerea matriei. Durata procesului de plastifiere se caracterizeaz prin timpul de reinere tR.

2. umplerea matriei - cuprinde transportul materialului plastic din spaiul de acumulare al mainii de injectat n cavitatea matriei.

Pentru umplerea matriei se stabilesc urmtoarele limite: - nceput: startul micrii de translaie a melcului n direcia duzei. Simultan se sfrete treapta de proces plastifiere. - sfrit: momentul umplerii volumetrice (materialul de formare ajunge n punctul cel mai ndeprtat fa de punctul de injectare). Simultan este nceputul treptelor de compactare i rcire.

Durata treptei de umplere a matriei este timpul de umplere tu al matriei. 3. compactizarea este acea parte a procesului de injectare n timpul creia n

cavitatea matriei exist o presiune aproape hidrostatic care este influenat de melcul piston al mainii de injectare.

Pentru compactizarea materialului se stabilesc urmtoarele stadii: - nceput: momentul umplerii volumetrice (masa de formare atinge punctul cel mai ndeprtat de la locul de injectare). Simultan se sfrete umplerea matriei, exprimat prin expirarea timpului de umplere tu i nceputul treptei de rcire; - sfrit: punctul de sigilare.

Durata treptei de compactizare rezult n esen din varianta constructiv a matriei de injectare utilizata, sistemul de injectare, temperatura materialului plastic topit si a matriei. Ea este stabilita prin determinarea timpului de sigilare. In durata treptei de compactizare se deosebete timpul presiunii ulterioare tul. nceputul acestui timp coincide cu cel al timpului de compactizare, ins sfritul poate s se afle, n funcie de reglaj, nainte sau dup apariia punctului de sigilare.

4. rcirea este considerat partea procesului de rcire care are loc n matria. Din modelul structurii procesului de injectare pentru durata treptei de proces rcire, i prin aceasta i a timpului de rcire tr, se definesc urmtoarele limite: - nceput: momentul ncheierii procesului de umplere volumetric a matriei (masa de formare ajunge n punctul cel mai ndeprtat de locul de injectare din matri). Fenomenul se petrece simultan cu sfritul treptei de proces umplere matri, exprimat prin sfritul timpului de umplere tu.



- sfrit: nceperea procesului de deschidere a matriei simultan cu nceputul treptei de proces demulare.

Timpul de rcire tr nu se poate regla direct pe mainile de injectat. n majoritatea cazurilor este reglabil un timp parial de ciclu, numit timp de staionare, care ncepe la sfritul timpului de presiune ulterioar i se termin odat cu timpul de rcire la nceputul procesului de deschidere a matriei.

3. Alegerea tipului de main de injecie

Se adopt maina de injecie pentru care se vor prezenta principalii parametrii tehnici.

Pentru realizarea pieselor injectate n condiii tehnico - economice optime, o importan deosebit o are alegerea celei mai adecvate maini de injectat. Criteriul de baz n alegerea mainii de injectat trebuie s l constituie concordana ct mai bun a performanelor mainii cu caracteristicile piesei care urmeaz a fi obinut Pentru realizarea piesei prin injecie n matri din materiale polimerice se va alege o main de injecie pentru care se vor prezenta urmtorii parametrii tehnici: Tabelul 3.1. Parametrii tehnici ai unei maini de injectat

Caracteristica Valoarea U.M.

Unitatea de injectare

diametrul melcului [mm]

raportul L/D

presiunea maxima de injectare [bar]

volumul teoretic de injectare [cm3]

viteza de rotaie a melcului [min-1]

fora de presare a duzei [kN]

capacitatea de plastifiere [kg/h]

rata de injectare [cm3/s]

cursa melcului [mm]

cursa duzei [mm]

Unitatea de nchidere

fora de nchidere a matriei [kN]

fora de deschidere a matriei [kN]

cursa platoului port-matri [mm]

distanta ntre coloane [mm]

nlimea de montare a matriei [mm]

Caracteristici

generale ale mainii

puterea instalata [kW]

dimensiuni de gabarit [mm]

masa mainii [kg]



Sistem de senzori

pentru protecia

matriei

Echipament pentru

controlul presiunii

Figura 3.1 Schema de principiu a mainii de injecie

3.1. Unitatea de injectare

Unitatea de injectare - servete la plastifierea materialului, introducerea acestuia sub presiune n matri i meninerea presiunii n stadiul de compresie.

Duza - este ajustajul din capul cilindrului de injectare prin care materialul

plastic trece din cilindru n matria de injectat. Melcul - este organul activ al mainii de injectat i este construit n mai multe

variante. Melcul unei maini de injectat se compune din: cap, corp i coada melcului.

Corpul melcului se caracterizeaz prin urmtoarele mrimi [S2]: diametrul melcului D, dependent de tipul mainii; lungimea relativ Lr, se definete ca raport ntre lungimea activ L a melcului

i diametrul melcului D; numrul zonelor funcionale i lungimea lor. Se disting urmtoarele zone

funcionale:

zona de alimentare care are lungimea La;

zona de tranziie care are lungimea Lt;

zona de dozare care are lungimea Ld.

Unitatea de nchidere

Echipament de control

Echipament de comand

hidraulic pentru ejectori



raportul de compresie rc, se definete ca raport ntre volumul cuprins n primul pas din zona de alimentare i cel cuprins n ultimul pas al zonei de pompare:

rc=Vi/Ve=Si/Se (2.1)

unde:

Si seciunea la ieire; Se seciunea la intrare.

geometria canalului melcului se adapteaz proprietarilor materialelor prelucrate:

capul melcului are un rol important in procesul de injectare: - orienteaz materialul dozat spre centrul cilindrului de injectare; - omogenizeaz temperatura materialului topit ieit din zona de dozare a melcului;

- mpiedic materialul plastic ramas n cilindru s fie antrenat n micare de rotaie la o nou curs de dozare, ceea ce ar conduce la degradarea sa termic.

coada melcului este partea constructiv a melcului care se pune n legtur cu sistemele de acionare, care determina micrile melcului. Coada melcului ndeplinete mai multe funcii : - preia micarea de rotaie de la sistemul de acionare; - preia micarea de translaie de la sistemul de acionare; - servete la rezemarea melcului.

Cilindrul - mpreun cu melcul cilindrul formeaz cuplul activ al mainii de injectat. El trebuie s asigure nclzirea i omogenizarea materialului, precum i generarea presiunii necesare.

Plnia de alimentare - a unei maini de injectat este aezata pe cilindrul mainii de injectat n zona gurii de alimentare a melcului.

Masa mainii de injectat este un ansamblu mecanic pe care se monteaz unitatea de injectare, plnia de alimentare, aparatura de msura i control, etc. Masa mainii are ca rol principal punerea n legtur a cilindrului de injectare cu matria de injectare astfel nct materialul plastic topit din cilindru s ajung, ca urmare a presiunii de injectare, n matria de injectat.

3.2. Unitatea de nchidere - deschidere Unitatea de nchidere - deschidere a unei maini de injectat ndeplinete

urmtoarele funcii:

realizeaz nchiderea celor dou pri ale matriei;

asigur fora de nchidere a matriei n timpul injectrii cu presiune ridicat a materialului plastic n matri;

realizeaz deschiderea matriei dup solidificarea piesei n matri;

asigur eliminarea piesei injectate din matri. Prile principale ale unei uniti de nchidere deschidere sunt:

- sistemul de nchidere; - sistemul de reglare a cursei de nchidere; - coloanele de ghidare; - platourile de prindere; - sistemul de aruncare a piesei din matri.



Sistemul de nchidere poate fi un sistem cu acionare hidromecanic. La aceste sisteme acionarea este hidraulica, iar nchiderea i deschiderea matriei se realizeaz prin elemente constructive mecanice. Aceste sisteme se aplica att la mainile mici ct i la mainile mari atunci cnd nu este necesar o cursa mare a platoului mobil.

Sistemul de reglare a cursei de nchidere. La o main de injectat este strict necesar reglarea distantei ntre platoul mobil i platoul fix ca urmare a folosirii matrielor de injectat care au nlime diferit.

Coloanele de ghidare si platourile de prindere. O mare importanta asupra calitii constructive a unei maini de injectat o au coloanele de ghidare i platourile de prindere. Ele transmit fore de nchidere ntre platouri fiind solicitate n principal la ntindere datorit forei de nchidere maxime.

Platoul fix al mainii este aezat n partea cilindrului de injectare. n platou se fixeaz cele patru coloane de ghidare cu ajutorul unor piulie filetate.

Platoul mobil al mainii se mic n coloanele de ghidare fiind acionat de mecanismul de nchidere. n zona centrala, platoul este prevzut cu o gaura de centrare pentru inelul parii mobile a matriei de injectat.

Platoul de capt al mainii este sprijinit pe batiul mainii, pe ghidaje, pe care poate s se mite acionat de sistemul de reglare al cursei de nchidere. Micarea platoului pe coloane se face pe buce de ghidare confecionate din bronz.

Sistemul de aruncare. n timpul cursei de nchidere trebuie realizat i aruncare piesei injectate din matri. Sistemul de aruncare cu acionare hidraulic prezint o serie de avantaje:

permite executarea cursei de aruncare dup deschiderea complet a matriei;

permite executarea unor micri programate suplimentar;

asigur funcionarea n ciclu automat a mainii de injectat.



3.3. Batiul mainii Batiul mainii este construcia mecanic care servete ca suport

subansamblurilor componente ale mainii. Batiul susine sistemul de injectare, sistemul de nchidere, sistemul de acionare hidrostatic, bazinul de ulei, sistemul de acionare electric, sistemul de comand electric, aparatura de msur i control.

3.4. Elemente auxiliare ale mainii de injectat n arar de prile principale ale mainii de injectat, maina necesit i ale

instalaii , dispozitive necesare procesului tehnologic: sistemul de protecie, dispozitivele de prindere a matriei, dispozitive de transport i uscare a granulelor.

4. Alegerea tipului de matri de injecie n funcie de tipodimensiunea piesei i volumul de producie se alege sistemul de amplasare a cuiburilor n matri, planul de separaie al matriei, numrul de plci cu poansoane, numrul de planuri de separaie, tipul deschiderii, modul de prindere pe maina de injectat.

5. Proiectarea sistemului de injectare

n funcie de tipodimensiunea piesei i a tipului de matri se proiecteaz: modul de injectare cu dimensionarea reelelor de injectare; calculul numrului de cuiburi; dimensionarea cuiburilor funcie de contracia materialului plastic utilizat; calculul deformrilor prin contracie ale piesei matriate prin injecie; calculul de referin al plcilor de formare a matriei de injecie; verificarea suprafeelor de nchidere ale plcilor de formare; verificarea plcilor de formare la rigiditate.

5.1. Modul de injectare cu dimensionarea reelelor de injectare:

n vederea unui proces optim de injecie trebuie sa se respecte urmtoarele reguli:

drumul de curgere al materialului plastic prin canalele de distribuie trebuie s fie ct mai scurt posibil;

injectarea trebuie s fie echilibrat astfel nct sa nu apar fore reactive n matri care ar putea determina ruperea acesteia.

Dimensionarea canalelor de distribuie este influenat de anumiii factori care depind de:

configuraia matriei;

maina de injectat;

materialul injectat;

modalitatea de lucru. Cele mai cunoscute sisteme de injectare sunt:



- injectarea direct; - injectarea prin canale de distribuie; - injectarea punctiform; - injectarea pelicular; - injectarea de tip umbrel; - injectarea inelar; - injectarea cu canal tunel;injectarea cu canale izolate; - injectarea cu canale nclzite.

Dimensionarea reelelor de injectare O importan deosebit o are dimensionarea corect a reelei de injectare, dimensionarea incorect conducnd la nerespectarea condiiilor tehnice impuse piesei.

Pentru dimensionarea reelei de injectare se parcurg urmtoarele etape:

Pentru determinarea diametrului D al canalului de distribuie se procedeaz astfel: se determin masa net i grosimea peretelui piesei injectate. Masa net a piesei poate fi determinat n urma modelarii tridimensionale a piesei prin determinarea volumului acesteia. Prin nmulirea cu densitatea materialului polimeric folosit pentru realizarea piesei , se determin masa net a piesei:

M= x V [Kg] (5.1)

Se multiplic masa net a piesei cu un coeficient de corecie indicat n tabelul 4.1.

Tabelul 4.1. Coeficienii de corecie pentru calculul masei piesei injectate [C1].

Masa net a piesei [g] Coeficient de corecie

0,3 0,5 1,5

0,51 1,4

13 1,3

35 1,25

510 1,20

1020 1,15

2050 1,1

Peste 50 1,05

Din desenul de execuie al piesei rezult grosimea g peretelui piesei injectate. se alege diametrul duzei de injectat n raport cu masa pieselor injectate i n funcie de materialul polimeric injectat. se determin lungimea culeei de injectare. Se recomand respectarea relaiei:

95d

l (5.2)

unde:

l reprezint lungimea culeei;



d diametrul ei la contactul cu piesa injectat. se alege traseul i geometria seciunii (canalelor de alimentare figura5.1):

Figura 5.1. seciuni ale canalelor de distribuie

Valoarea orientativ a diametrului canalului este prezentat n tabelul 5.2.

Tabelul 5.2. Diametrul orientativ al canalului de alimentare [C1]

Tipul materialului Diametrul [mm]

Polistiren 1,69,5

ABS 14,759,54

Poliester 4,711,1

Poliamid 1,69,5

Policarbonat 4,759,5

PVC 3,159,52

Acetat de celuloz 4,711,1

se stabilete modul de amplasare a cuiburilor n plcile de formare ale matriei astfel nct s fie satisfcut condiia de umplere simultan cu material polimeric n timpul injectrii. Se reprezint schema modului de amplasare a cuiburilor.

Se stabilesc dimensiunile digurilor conform recomandrilor prezentate n tabelul 5.3.

Tabelul 5.3. Dimensiunile orientative ale digului n funcie de masa piesei [C1]

Masa piesei m, [g] Diametrul digului d, [mm] Lungimea digului L, [mm]

010 0,30,5 1,5

1020 0,50,8 2

2040 0,81,2 2

40150 1,21,8 2,5

150300 1,82,5 3

300500 2,53 4



5.2. Calculul numrului de cuiburi

Se determin n funcie de capacitatea de injectare a mainii pentru care se proiecteaz matria cu relaia:.

m

tGn

6.3 (5.3)

unde G = capacitatea de plastifiere real a mainii de injectat [kg/h] m = masa unei piese injectate [g]

5.3. Dimensionarea cuiburilor funcie de contracia materialului polimeric utilizat

n cazul proiectrii matrielor de injectat, dimensiunile parilor active trebuie s asigure dimensiunile prescrise ale piesei injectate, dup rcirea ei complet. Fenomenul de contracie se manifest practic prin aceea c, dimensiunile piesei msurate dup injectare sunt mai mici dect dimensiunile corespunztoare ale parilor active (cuiburi i poansoane) ale matriei, chiar n situaia n care construcia tehnologica a matriei de injectat este corect, maina de injectare este n bun stare de funcionare i corect reglat, iar parametrii tehnologici de injectare sunt corect stabilii i respectai ntocmai n exploatare.

Notnd o dimensiune nominala h si toleranta ei , dimensiunea efectiv a piesei va fi h. n mod similar, notnd dimensiunea nominal corespunztoare cuibului H i toleranta ei cu , dimensiunea efectiv a cuibului va fi H. Notnd Cmin contracia minim a piesei i Cmax contracia maxim a piesei rezult:

(H+)-(H+)Cmin=h+ , (5.4)

(H- )-(H- )Cmax=h+ .

2

CCC minmaxmed

(5.5)

Dup adunarea, respectiv scderea celor dou ecuaii rezult:

medCh

H-1

= (5.6)

)2

(= minmax CCH -- (5.7)

n tabelul 5.4. sunt prezentate valorile contraciei pentru tipurile uzuale de materiale termoplastice [C1].



Tabelul 5.4. Valorile contraciei pentru tipurile uzuale de materiale termoplastice

Material Valoarea contraciei [%]

Polistiren de uz general 0,20,6

Polistiren rezistent la oc 0,20,6

Polietilen de mare densitate 25

Polietilen de mic densitate 1,55

Polipropilen 12,5

Poliamid 6 0,61,4

Policarbonat 0,50,7

PVC 15

Acetat de celuloz 0,31

Polimetacrilat 0,20,8

5.4. Calculul de referin al plcilor de formare a matriei de injecie

Calculul de rezisten al plcilor de formare ale matriei de injecie se realizeaz n funcie de forma geometric a plcilor i a cavitilor practicate n plci. Pentru simplificarea calculelor se consider c placa de formare este dreptunghiular sau rotund.

n mod obinuit, dimensiunile interioare i exterioare ale plcii de formare dreptunghiulare se determin constructiv i apoi, se verifica prin calcul la solicitarea compus de ntindere i ncovoiere. Pentru simplificarea calculului, peretele plcii de formare se consider ca o grind uniform ncrcata, ncastrat la capete. Se consider seciunile periculoase, respectiv seciunea I I i seciunea II II, dispuse la distante egale de colturile interioare ale plcii de formare conform figurii 5.2.

Figura 5.2. Eforturile care acioneaz asupra plcilor de formare dreptunghiulare



Pentru calculul rezistenei plcii de formare dreptunghiulare la solicitarea compus de ntindere i ncovoiere, se utilizeaz relaia:

]/[+

2= max cmdaN

WM

SFp (5.8)

unde:

F fora care solicit peretele la ntindere, n daN; S aria seciunii peretelui, n cm; Mmax momentul de ncovoiere maxim, n daN x cm; W modulul de rezistent, n cm3.

Conform notaiilor din figura 5.2. se poate scrie pentru seciunea I I :

6

hW

[cm

3] (5.9)

24

lhpM

i

max

[daNcm] (5.10)

iar pentru seciunea II II :

6

hW

[cm

3] (5.11)

24

lhpM

i

max

[daNcm] (5.12)

unde:

pi este presiunea interioar de injectare , n [daN/cm]; h nlimea plcii de formare, n [cm]; L distanta dintre reazeme, n [cm]; l distanta dintre reazeme, n [cm].

Rezistenele calculate trebuie s fie mai mici dect rezistena admisibil pentru oelul din care este realizat placa de formare, respectiv:

ef < a

5.5. Verificarea suprafeelor de nchidere ale plcilor de formare

Notnd cu St suprafaa total a plcii de formare, cu Sc suprafaa total a cuibului i Si, suprafaa de nchidere, se poate scrie relaia:

St=Sc+Si (5.13)

De unde:

Si=St-Sc [cm] (5.14)



Verificarea se face cu formula:

Si=Fi/a, (5.15) n care:

Si este suprafaa de nchidere necesar, n [cm]; a rezistenta admisibil a otelului, n daN/cm

2.

Suprafaa de nchidere efectiv Sie trebuie s fie mai mare dect suprafaa de nchidere necesar calculat, respectiv:

Sie > Si

5.6. Verificarea plcilor de formare la rigiditate

Verificarea la rigiditate se face prin calculul sgeii efective, care trebuie s fie mai mic dect sgeata admisibil. Calculul la rigiditate se face numai pentru unul din pereii plcii, n cazul plcilor de formare dreptunghiulare, i anume pentru peretele care are lungimea cea mai mare. Sgeata se va calcula cu formula:

EI384

hLp5f

4

i [cm]

n care:

pi presiunea de injectare, daN/cm;

L distana maxim ntre reazeme, cm;

E modulul de elasticitate, daN/cm;

h nlimea plcii de formare, cm;

I momentul de inerie, cm4.

Momentul de inerie se calculeaz cu formula:

12

hI

3 [cm

4]

Sageata efectiv calculat nu poate depi 0,02....0,06 mm.

6. Proiectarea sistemului de aruncare a piesei injectate

n funcie de tipodimensiunea piesei injectate i caracteristicile mainii de injecie se alege unul din sistemele de aruncare pentru scoaterea pieselor injectate din matri: aruncare mecanic, aruncare pneumatic, aruncare hidraulic.

6.1. Fora de aruncare Deschiderea matriei de injectat trebuie s se fac cu o fora de deschidere cat

mai mic, astfel nct s se respecte relaia:



F1< F2

Unde:

F1 fora necesar deschiderii matriei;

F2 fora de deschidere a mainii.

La eliminarea piesei injectate din matri, trebuie s se respecte relaia:

FA< F2

Unde:

FA fora de aruncare din matri;

F2 fora de deschidere a mainii.

Pentru fora de aruncare se poate scrie urmtoarea relaie:

FA=FD+FR Unde:

FD fora de demulare;

FR forele de friciune n sistemul matriei.

Fora de demulare se calculeaz cu relaia:

FD= pA =N Unde:

coeficientul de frecare ntre miez i piesa injectat;

p presiunea de contact ntre pies i miez, N/m;

A suprafaa de contact ntre pies i miez , m.

6.2. Tipul sistemului de aruncare Modul de rezolvare constructiv, precum i durata n timp a aruncrii au o

important influent asupra calitii i economicitii piesei injectate. Soluia optim pentru aruncarea piesei injectate presupune scoaterea automat a acesteia, din matria de injectat deschis, cu ajutorul unui sistem de aruncare adecvat.

7. Proiectarea sistemului de control al temperaturii pentru elementele

componente ale matriei

Se va proiecta sistemul de meninere a unei temperaturi optime de lucru a materialului plastic n piesele componente ale matriei ct i n plcile cu poansoane de formare. Sistemul poate fi de rcire pentru obinerea de contracii minime ale piesei injectate n zona poansoanelor de formare i de nclzire n zona de curgere a materialului.



7.1. Transferul de cldura material polimeric matri

Materialul polimeric din cuibul matriei cedeaz n cursul unui ciclu de injectare, corpului matriei, cantitatea de cldura Q, care se calculeaz cu relaia:

Q=m(i2-i1) kcal

Unde:

m masa piesei injectate , kg; i2 entalpia materialului plastic la intrarea n matri; i1 entalpia materialului plastic la demulare.

Entalpia materialului plastic se calculeaz cu relaia :

i= i2- i1=cp(TMp-TD) [kcal/kg) Unde:

cp caldura specifica a materialului plastic kcal/kgC;

TMp temperatura materialului n cuib;

TD temperatura de demulare;

Cantitatea de cldura evacuat de pies este preluat prin conducie de ctre matria i transportat la mediul de temperare. Cantitatea de cldura Q se determin cu relaia:

)T-T(SQ pTpcM

[W]

unde:

M conductibilitatea termica a matriei =0,197 [W/mK]

distanta canalului de temperare fata de suprafaa matriei ,[m]

S suprafaa transversal activ a matriei ,[m]

Tpc temperatura medie la peretele cavitaii =433 [k]

TpT temperatura medie la peretele canalului de temperare =333 [K]

7.2. Transferul de cldura ntre matri i mediul de temperare

Transferul termic de la matria (mediul solid) la mediul de temperare (mediul lichid) se face prin convecie i se poate exprima prin relaia:

Q=TST(TpT TT) [W] Unde:

T coeficientul de transfer de cldura al mediului de temperare =1310 [w/mK]

ST suprafaa activ a canalelor de temperare , [m]

TpT - temperatura la peretele canalului de temperare, =433 [k]

TT - temperatura mediului de temperare =393 [k]



Coeficientul de transfer de cldura se calculeaz cu relaia:

]

)L

dp(045,01

L

dp0668,0

65,3[d

c

ce

c

ce

c

T

[w/mK]

unde:

dc diametrul canalului de temperare , [m] Lc lungimea canalului de temperare, [m]

Criteriul lui Peclet se calculeaz cu relaia:

T

TpcT

e

cdwp

Unde:

WT viteza fluidului n canale, m/h;

7.3. Transferul de cldura n interiorul matriei

Cantitatea de cldura Qe dintre matri i mediul nconjurtor:

QE=QC+QR [Wm/K3]

Unde:

Qc pierderi de cldura prin convecie =0 QR - pierderi de cldura prin radiatie =364,5 [Wm/K

3]

Datorita faptului ca pierderile de cldura prin convecie sunt nesemnificative chiar la temperaturi ridicate ale matriei, ele pot fi neglijate, Qc=0.

Transferul termic prin radiaie de la matri ctre exterior se calculeaz cu relaia:

QR=SMeCo(TMs/100)4 [Wm/K3]

Unde:

SM suprafaa libera a matriei n contact cu aerul nconjurtor , [m]

e coeficientul de emisie =0,52 [m]

Co constanta lui Stefan-Boltzman =5,76 [W/mK4]

TMs temperatura la suprafaa unei matrie =433 [K]

7.4. Determinarea timpului de rcire

Pentru materialele polimerice cu grosimi s< 5 mm avem urmtoarea relaie: tr=As/4a [s] unde:

A coeficient =0,61 S grosimea peretelui piesei injectate [cm]; a coeficient de difuzivitate termica =7,610-4[cm/s]



7.5. Amplasarea si dimensionarea practica a sistemelor de temperare a matriei

Calculul simplificat al lungimii canalelor de rcire. Se calculeaz cantitatea de cldura cedat de o piesa injectat a matriei cu formula:

)i-i(mt

3600Q 12T

Unde:

tT durata ciclului de injectare, s; m masa piesei injectate, kg.

Se neglijeaz pierderile matriei n exterior, prin convecie i radiaie. Cantitatea de cldura se consider, n acest caz, n totalitate evacuat prin circuitul de temperare. Se scrie:

Q=kS(T2 T1) Unde:

S suprafaa canalelor de temperare, [m]

T2 temperatura materialului la injectare, [K]

T1 temperatura mediului de temperare, [K]

k coeficient global de schimb de cldura =10,98. Coeficientul global de schimb de cldura se calculeaz cu relaia:

1

k

1

Unde:

distana dintre pies i canalul de rcire , m;

coeficient de convecie a fluidului,

coeficientul de conductibilitate termica [W/mK] Coeficientul de convecie a fluidului se calculeaz cu formula:

= 19,37+0,27TiVT0,95

Unde:

Ti temperatura la intrarea n circuitul de temperare , [K]

VT debitul circuitului de temperare [kg/mh]

densitatea lichidului de rcire, kg/m3.

Debitul se calculeaz cu formula: VT =10

-4 w [kg/mh]

Se folosete viteza fluidului n canale w=2500 m/h. Lungimea canalelor se calculeaz cu formula:

)T-T(d

1

Ql12c



- unde dc este diametrul canalului de temperare ales.

Amplasare sistemelor de temperare n matria. La proiectare dimensionrii i amplasrii sistemului de temperare trebuie s se

tin seama de urmtoarele principii:

temperarea uniform a ntregii suprafee a cuibului matriei;

amplasarea canalelor n lungul drumului de curgere al materialului plastic n matri;

numrul schimburilor de direcie al circuitului de rcire s fie ct mai mic;

asigurarea etaneitii circuitelor de temperare.

8. Proiectarea elementelor pentru conducerea i centrarea matriei de injecie

Se proiecteaz: sistemele de centrare i conducere exterioar ale matriei de injecie; sistemele de centrare i conducere interioar ale matriei de injecie .

n procesul de injectare a materialelor, matriele se monteaz pe platourile de prindere ale mainii de injectat, folosind gurile practicate n plcile de prindere ale matriei de injectat, fie prin intermediul unor bride de fixare, asigurarea poziiei corecte a celor dou jumti de matri fixate pe platourile de prindere ale mainii de injectat, n raport cu capul de injectare al mainii , respectiv cu tamponul opritor al ei, precum i centrarea perfect a celor dou jumtii de matri au o importan deosebit. Centrarea i conducerea incorect a matrielor pot provoca, n mod inevitabil, apariia unor defecte ale pieselor injectate cum ar fi: deplasri n planul de separare, bavuri grosimi neuniforme, etc. Se poate vorbi de dou tipuri de centrri i conduceri: exterioare i interioare. Prin centrarea exterioara se nelege poziionarea matriei de injectat n raport cu maina de injectat, iar prin centrarea interioar poziionarea celor dou jumti de matri i a elementelor ei.

9. Proiectarea sistemului de ventilaie-aerisire a matriei de injecie

Se proiecteaz sistemul de evacuare a aerului din zona cuibului de injecie pentru prevenirea arderii materialului injectat.

n multe cazuri, dup scoaterea din matri, piesele injectate prezint pe suprafaa lor zone arse sau cu lipsuri de materiale. Aceste zone incomplete i cu urme de arderi pot avea la origine cauze tehnologice sau condiii de aerisire necorespunztoare ale matriei de injectat. n cazul n care nu are nici o posibilitate de ieire din matri aerul este comprimat i supranclzit, determinnd arderea materialului.

La proiectarea matrielor pentru injectarea anumitor piese este necesar sa fie luate msuri speciale pentru asigurarea aerisirii corespunztoare a cuibului. Jocul la montaj n matri a poansonului de aerisire se recomand mai mic de 0,015 mm.



10. Alegerea materialelor corespunztoare pentru piesele componente ale matriei de injecie

Se aleg materialele corespunztoare, funcie de rolul funcional al pieselor componente: plci de prindere; elemente de conducere i ghidare; plci port poanson; poansoane, etc.

Oeluri pentru matrie - caracterizare general

Creterea cererii de matrie pentru prelucrarea materialelor plastice a determinat necesitatea obinerii unor oeluri de calitate, ce trebuie s satisfac urmtoarele condiii: prelucrarea mecanic economic, stabilitate dimensional, posibilitate de lustruire, rezisten la compresiune, rezisten la uzur, rezisten la coroziune, conductivitate termic, posibilitatea de sudur.

Toate aceste condiii impun utilizarea unei compoziii chimice adecvate, n care elementele de aliere trebuie alese i dozate pentru obinerea efectului ateptat.

O privire general asupra efectului elementelor de aliere asupra proprietilor oelurilor este prezentat n tabelul urmtor:

Element de

aliere/

Simbol

Creterea ponderii determin Scderea ponderii

determin

Compoziie

utilizat %

Carbon/C Rezisten, rezisten termic pn la 4000C,

rezisten electric Alungire, ductilitate,

maleabilitate



Oeluri pretratate (prehardened toolsteels, quenched and tempered tool steels)

Pe msur ce dimensiunile pieselor din plastic au devenit tot mai mari, utilizarea oelurilor pentru cementare au fcut ca tratamentul termic s devin o mare problem datorit deformaiilor inerente. De asemenea, n cazul unor serii relativ scurte, nu este eficient utilizarea unor oeluri ieite din comun. Din aceste motive, furnizorii ofer plci i profile din oeluri clite i revenite, ele urmnd a se prelucra n aceast stare, fr a necesita un tratament termic ulterior. Aceste oeluri au rezistene cuprinse ntre 1000 1400 MPa i o duritate ntre 30 33 HRC. n funcie de condiiile impuse, se poate alege un oel cu un coninut foarte sczut de sulf ( de exemplu Uddeholm pentru Impax Supreme garanteaz maxim 0,008%), ceea ce permite lustruire i posibilitatea de texturare fotochimic sau cu un coninut de sulf ntre 0,05 0,07%, ceea ce determin o prelucrabilitate bun. Dezavantajele coninutului mare de sulf, pe lng cele menionate mai sus sunt: cromare/nichelare dificile i posibilitate la sudur. Pentru obinerea unei duriti i a unei rezistene la uzur suficiente, oelurile pretratate se cromeaz sau se nitrureaz (la temperaturi cuprinse ntre 450-6000C). Reprezentative sunt codurile 1.2311, 1.2738 i 1.2312 (vezi tabel), primele tipuri de oel fiind recomandate pentru caviti (lustruire bun, dar datorit lipsei sulfului din componen, prelucrabilitatea este mai dificil) iar ultimul pentru poansoane, unde nu se impune lustruire deosebit sau texturare.

Oeluri pentru cementare (case-hardening steels)

Sunt cele mai des utilizate oeluri (80%), innd cont de preul sczut i de proprietile bune ale acestora. Oelurile pentru cementare au un coninut sczut de carbon (0,3%) care prin carburare ajunge la suprafa la 0,8-0,9% C, pe o adncime de 0,6-1 mm (la o carburare de cteva zile se poate ajunge pn la o adncime de 2 mm). Duritatea stratului este ntre 58-62 HRC. Oelurile de cementare pot fi lustruite cu rezultate foarte bune, au o rezisten mare la uzur i n acelai timp pstreaz tenacitatea miezului, cu rezistena bun la oc i la oboseal. Este de menionat c, datorit temperaturii i ciclului lung de tratament, anumite modificri dimensionale nu pot fi evitate; din acest motiv trebuie prevzut o rezerv la dimensiuni i la timp pentru finisare.

Oeluri pentru nitrurare (nitriding steels)

n general toate oelurile ce conin crom, molibden, vanadiu i n special aluminiu pot fi nitrurate proces ce are loc n baie de sruri, n gaz, pulbere sau plasm (nitrurare ionic), la o temperatur ntre 450 i 5900C.

Astfel oelul capt o duritate i o rezisten la uzur excepionale (850 1050 HV). Duritatea mare nu este la suprafa ci la cteva sutimi de milimetru n adncime, motiv pentru care dup nitrurare piesele respective trebuie rectificate sau lustruite (cu excepia nitrurrii ionice, cnd rectificarea nu mai este necesar). Un alt avantaj al nitrurrii este eliminarea deformaiilor i a tensiunilor interne datorate



tratamentului termic. Oelurile pentru nitrurare sunt livrate n stare recoapt, permind o prelucrare facil. Oelurile 34CrAIMo 5 i 34CrAINi 7 (1.8550) sunt utilizate n special pentru cilindrii i melcii de plastifiere ai mainilor de injecie.

Oeluri pentru clire (hardening steels) Aceste oeluri i datoreaz calitile martensitei, compus ce apare la rcirea

rapida n ap, aer sau ulei. Viteza de rcire este determinat de mediu (apa avnd efectul cel mai drastic), de raportul suprafa/volum al piesei de tratat i de elemente de aliere (nichelul, manganul, cromul i siliciul permit clirea unur seciuni mai mari). Clirea const n nclzirea pieselor la o temperatur stabilit, meninerea i rcirea ntr-un mediu adecvat. Dup clire este obligatorie revenirea, care pe lng rezistena deosebit n miez i duritatea specific elimin tensiunile interne. n acest moment, productorii ofer oeluri de clire cu proprieti deosebite: stabilitate dimensional la clire, rezisten deosebit, posibilitate de lustruire i comportare bun la electroeroziune i texturare foto-chimic. Oelul 1.2767 are o tenacitate deosebit, fiind recomandat pentru cavitile mari i adnci, la injectarea materialelor plastice puin abrazive. Dup clire i revenire se poate atinge o duritate de 52 54 HRC.

Oeluri rezistente la coroziune

La prelucrarea anumitor materiale plastice se degaj vapori de acid clorhidric, acetic sau formaldehid. Pentru evitarea oxidrii zonelor active ale matriei se utilizeaz oelurile rezistente la coroziune, cu coninut de cel puin 12% Cr (la prelucrarea PVC-ului se recomand un coninut de pn la 16-17% Crom+Molibden). Rezistena la coroziune este determinat i de calitatea prelucrrii suprafeelor. Un oel cu un coninut de 13% Cr poate oxida dac suprafeele sunt rugoase. Pe de alt parte, un coninut mare de crom poate determina formarea unor zone feritice, cu rezisten sczut.

Oeluri martensitice

Sunt oeluri speciale, dezvoltate iniial pentru industria aero-spaial, potrivite pentru matrie cu caviti complicate. Sunt livrate n stare recoapt, cu o rezisten de 1000 1100 MPa dar pot fi prelucrate relativ uor. Avantajul const ntr-un tratament termic simplu (nclzire la 489 4900C), astfel obinnd o rezisten de 1800 2200 MPa. Cnd prelucrarea mecanic este anterioar tratamentului, trebuie inut cont de o contracie de aproximativ 0,05 0,1% la tratament. La prelucrarea unor materiale plastice armate trebuie aplicat un tratament de nitruare, duritatea

superficial ajungnd pn la 1000HV.

n tabelul urmtor vei gsi recomandri de utilizare a oelurilor pentru diferite pri ale matrielor de injecie materiale plastice:



Element matri Clasificare Furnizor Not

Cod DIN Bler D-M-E Thyssen Uddeholm

Bloc matri/Elemente standard

Plci baz/Plac portpoanson/ Plac portcep/ Distanieri

1.1730 C 45W K 945 DME#1 THYRODUR 1730 UHB 11

Arunctori 1.2344

1.2210

X 40 CrMoV 5 1

115 CrV 3

W 302

K 510

1.2344

1.220

THYROTERM 2344

EFS Orvar Supreme

Coloane de ghidare/

Buce de ghidare 1.7131

1.2842

16 MnCr 5

90 MnCrV 8

E 410

K 720

1.7131

THYRODUR2842

Aros

Duz

Cep

1.2379 1.2842

1.7131

X155 CrMo 12 1 90 MnCrV 8

16 MnCr 5

K 110 K 720

E 410

1.7131

THYRODUR 2379 THYRODUR 2842

Sverker 21 Aros

Zone active matri

Oeluri pretratate 1.2311 1.2312

1.2739

40 CrMnMo 7 40 CrMnMoS 8 6

40 CrNiMo 8 6

M 201 E

M 200

DME#7 DME#3

DME#9

THYROPLAST 2311 THYROPLAST 2312

THYROPLAST 2738

Holdax

Impax Supreme

, , ,

Oeluri pentru cementare

1.2162 1.2764

21 MnCr 5 X 19 NiCrMo 4

M 100 M 130

DME#4

THYROPLAST 2162 THYROPLAST 2764

Prexi

, , , ,

Oeluri de clire

1.2343

1.2344

1.2767 1.2080

~X 38 CrMoV 5 1

X 40 CrMoV 5 1

X 45NiCrMo 4 X 210 Cr 12

W 300

W 320

K 600 K 100

DME#5

DME#6

THYROTERM 2343 EFS

THYROTERM 2344

EFS THYRODUR 2767

THYRODUR 2080

Orvar 1

Orvar Supreme

Grane 1 Sverker 1

, , , , , ,

Oeluri rezistente la coroziune

1.2316

1.2083

~ X 36 CrMo 17

~ X 40 Cr 113

M 300

M 310

DME#10

DME#11

THYROPLAST 2316

THYROPLAST 2083

Ramax S

Stavax ESU

, ,

Oeluri martensitice 1.2709 X 3 NiCoMoTi 18

9 5 THYRODUR 2709

Denumirile prezentate mai sus sunt mrci nregistrate ale companiilor: Bler, D-M-E, Thyssen i respectiv Uddeholm

Legenda: nitrurat; clit; Lustruire; Prelucrabilitate; Rezisten; Rezisten la uzur;

Rezisten n miez; Tenacitate; Inox; Posibilitate de texturare (fotochimic)

10. Stabilirea toleranelor i ajustajelor pentru piesele i subansamblele componente matriei de injecie

11. Analiza economic a matriei proiectate i calculul seriei de fabricaie economice

Produsul injectat dintr-un material polimeric poate fi fabricat cu matrie de injecie mai simple sau mai complexe. Matria de injecie cu mai multe cuiburi, avnd o construcie mai perfecionata asigur in mod evident condiii de fabricaie mai bune, insa necesit i cheltuieli considerabil mai mari pentru executarea lor.

Punnd condiia ca valoarea cheltuielilor de pregtire a fabricaiei s fie proporionala cu mrimea seriei de fabricaie, se poate calcula seria de fabricaie economica me cu ajutorul relaiei de mai jos:

me = (b-a)/(k1-k2) [buc.] ,

unde:

a = costul matrie simple; b = costul matriei complexe k1 = costul manoperei de injectare a produsului cu matria simpl k2 = costul manoperei de injectare a produsului cu matria complex.



BIBLIOGRAFIE

[A1] AMZA Gheorghe, Dumitru Gabriel, Rndau Viorel; Tehnologia materialelor; Editura Tehnic, Bucureti; 1999.

[D1] DUMITRA Constantin; OPRAN Constantin; Prelucrarea materialelor compozite, ceramice i minerale; Editura Tehnic, Bucureti; 1994.

[D2] DUMITRESCU Andrei.; OPRAN Constantin.; Materiale polimerice, Caracterizare,

Proprietati, Prelucrare; Oficiul de informare documentar pentru industrie, cercetare, management; Bucureti, Romnia, 2002.

[F1] FETECU Ctlin, Tbcaru Valentin, Felicia Stan; Prelucrarea maselor plastice prin injectare; Oficiul de informare documentar pentru industria construciilor de maini; Bucureti; Romnia, 1998.

[G1] GASTROW Hans; 1992; Injection Molds-108 Proven Designs; Hanser Publishers,

Munich; Germany.

[I1] IONESCU Mircea Muscel Ianculescu; I.V.ere; E.Vas; I.Rosenthal; A.Biro; Proiectarea matrielor pentru produse injectate din materiale plastice; Editura Tehnic, Bucureti; Romania, 1987.

[M1] MICLU Ion; Busuioc, D.; Tancou, T.; 1975; Album de matrie pentru materiale plastice; Editura Tehnic, Bucureti; Romania.

[1] ERE Ion; Proiectarea matrielor pentru produse injectate din materiale plastice; Editura Tehnic, Bucureti; Romnia, 1987.

[S2] ERE Ion; Injectarea Materialelor Termoplastice; Editura Imprimeriei de Vest, Oradea; Romnia, 1996;.

[S3] ERE Ion; Matrie de injectat Editura Imprimeriei de Vest, Oradea; Romnia, 1999. [O1] OPRAN Constantin; NICOLAE Vasile; RACICOVSCHI Vasile; Biostructuri

polimerice degrdabile in mediu natural; VASILE GOLDIS University Press; ARAD, Romania;

ISBN 973-664-041-8 ; 2004

[R1] REES Herbert; 1995; Mold Engineering; Hanser Publishers,Munich; Germany.

11.***; 2010; HASCO; Documentaie elemente normalizate i standardizate pentru matrie de injecie materiale polimerice; Ludenscheid Im Wiesental, Germany.

12.***; 2010; DME; Documentaie elemente normalizate i standardizate pentru matrie de injecie materiale polimerice;DME Belgium C.V.B.A.; Mechelen, Belgium..

13. ***; 2011; MEUSBURGGER; Formaufbauten, Standard molds.A-6960, Wolfurt.

TIM Indrumar Proiectare TCM Prof Univ Opran C 1oct11

Documents

Transcript of TIM Indrumar Proiectare TCM Prof Univ Opran C 1oct11